基于云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)的居住環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究

李柏華

（廣州涉外經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州510540）

目前民居中還時(shí)常發(fā)生煤氣中毒、家庭火災(zāi)等安全事故，引發(fā)較為嚴(yán)重的后果，除此之外，在裝修時(shí)所使用的裝修材料也可能含有一定的危害性，造成空氣中的甲醛和可吸入顆粒物等污染物含量超標(biāo)，對居民的健康造成一定程度的損害，為此，應(yīng)當(dāng)開發(fā)研究一套基于云計(jì)算與互聯(lián)網(wǎng)的居住環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，對居住環(huán)境中有害氣體和具有污染性的物質(zhì)等進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警，從而有效減少安全事故發(fā)生的概率和降低有害物質(zhì)對于人體的危害性，從而改善我國室內(nèi)居住環(huán)境，為廣大居民提供便利。

1 研究背景

目前我國國內(nèi)，尤其是城市中的居住環(huán)境出現(xiàn)了惡化的趨勢，許多地區(qū)的居民都飽受沙塵暴、霧霾和裝修材料污染等問題的侵?jǐn)_，這些都導(dǎo)致居住環(huán)境的舒適度降低，居民的生活質(zhì)量下降。若想有效改善現(xiàn)狀、解決問題，就必須建立一套能夠?qū)幼…h(huán)境進(jìn)行監(jiān)測并根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)發(fā)出預(yù)警的居住環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，預(yù)防突發(fā)事故并幫助居民預(yù)防室內(nèi)污染。信息技術(shù)的發(fā)展使居住環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)獲得了穩(wěn)固的技術(shù)支持，其中，物聯(lián)網(wǎng)指的是通過各種信息采集設(shè)備來獲取居住環(huán)境中的實(shí)際信息數(shù)據(jù)、再通過網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、將人和物體、監(jiān)測機(jī)器連接成為一個(gè)整體的系統(tǒng)，它是當(dāng)今信息時(shí)代環(huán)境中的一個(gè)重要科技產(chǎn)物，能夠在很大程度上方便人類生活、提升工作效率、提高人類生活質(zhì)量。而物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)是具有極強(qiáng)的防范功能和綜合性的一種新型監(jiān)控系統(tǒng)，它可以對環(huán)境進(jìn)行更加精準(zhǔn)的監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)安全調(diào)度和及時(shí)預(yù)警、即時(shí)數(shù)據(jù)共享，從而提高居住環(huán)境的安全性。

而云計(jì)算則是一種軟/硬件服務(wù)的交付和使用模式，“云”指的是借助網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器集群的軟件資源和硬件資源來為客戶提供服務(wù)，客戶終端只需要發(fā)送指令和請求，云計(jì)算系統(tǒng)就可以通過互聯(lián)網(wǎng)連接的軟件和硬件資源來為其提供較為完善的服務(wù)，并將結(jié)果及時(shí)反饋給客戶終端，如此一來，客戶端的設(shè)備無需太過復(fù)雜和高端，就能夠通過互聯(lián)網(wǎng)獲得遠(yuǎn)超設(shè)備本身極限的計(jì)算能力，而且多臺客戶終端設(shè)備能夠共享網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，從而避免資源的浪費(fèi)，降低建造成本。近些年來，由于云計(jì)算技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的不斷提升與發(fā)展，很多能夠用于實(shí)體設(shè)備中的具有智能化識別、處理和控制能力的傳感器設(shè)備逐漸完善，它們能夠采集居住環(huán)境中的實(shí)際信息，并完成數(shù)據(jù)上傳，交由云服務(wù)器來進(jìn)行處理，通過互聯(lián)網(wǎng)完成數(shù)據(jù)上傳、儲存、分析，并由服務(wù)器對其進(jìn)行判斷，作出管理和控制，對于該系統(tǒng)而言，監(jiān)控終端設(shè)備的數(shù)量越大，控制難度就越高，隨著傳感器的增加，設(shè)備的計(jì)算能力會逐漸無法滿足需求，但若是能夠和云計(jì)算進(jìn)行結(jié)合，就可大大提升設(shè)備的計(jì)算能力，滿足物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的要求。

2 系統(tǒng)要求

該監(jiān)測系統(tǒng)建立的目的是解決居住環(huán)境中的污染問題和降低事故發(fā)生的概率，因此它必須能夠?qū)諝馕廴镜南嚓P(guān)指標(biāo)進(jìn)行采集與分析，這些指標(biāo)應(yīng)當(dāng)包括較為廣泛的內(nèi)容，例如有毒氣體含量，以及會影響人類呼吸體驗(yàn)的二氧化碳等氣體的濃度，還有光照強(qiáng)度等，通過傳感器對這些空氣質(zhì)量和光照因素的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析，并通過云服務(wù)器實(shí)現(xiàn)環(huán)境的監(jiān)測和預(yù)警，當(dāng)出現(xiàn)某數(shù)據(jù)超標(biāo)時(shí)，能夠及時(shí)向客戶終端發(fā)送指令，并將數(shù)據(jù)傳到與終端相連的用戶電腦或者手機(jī)上的APP 中。更重要的是，監(jiān)測系統(tǒng)需要對環(huán)境空氣中具有較大更大危險(xiǎn)性、危害性的可燃性氣體如一氧化碳和甲烷進(jìn)行采集，避免火災(zāi)和爆炸事故，監(jiān)測居住環(huán)境的安全指標(biāo)，預(yù)防突發(fā)安全事故。還有，應(yīng)當(dāng)建立環(huán)境舒適程度的評估模型，并根據(jù)其中的相關(guān)指標(biāo)對環(huán)境領(lǐng)域進(jìn)行監(jiān)測，綜合各種因素制定一些影響室內(nèi)居住環(huán)境舒適程度的指標(biāo)和參數(shù)，借助傳感器來檢測和收集環(huán)境中的相關(guān)參數(shù)，并對其進(jìn)行評估、得出環(huán)境居住舒適度的綜合測評結(jié)果，將其發(fā)送給客戶終端，從而提高居住環(huán)境的質(zhì)量。最后，則應(yīng)當(dāng)通過云計(jì)算來實(shí)現(xiàn)對家中各項(xiàng)指標(biāo)的智能化監(jiān)測和分析，并實(shí)現(xiàn)自動化處理，通過對居住環(huán)境中某些相關(guān)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)采集部分（感知層）。首先，應(yīng)采用物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測，對溫度、噪聲、光照強(qiáng)度、溫度和空氣中各個(gè)組分的含量進(jìn)行采集，在家中適當(dāng)?shù)奈恢茫瑧?yīng)當(dāng)安裝一定數(shù)量的傳感設(shè)備，用于監(jiān)測居住環(huán)境的情況，設(shè)備精度不一定要非常高，避免大幅提升系統(tǒng)的建造成本，只要能夠滿足家居環(huán)境的精度需求即可，但要保證能夠清晰準(zhǔn)確地反映各項(xiàng)指標(biāo)，真切地記錄環(huán)境中各項(xiàng)數(shù)據(jù)。例如溫濕度傳感器能夠反映熱環(huán)境，甲烷傳感器能夠?qū)μ烊粴庑孤┣闆r進(jìn)行監(jiān)測。

3.2 數(shù)據(jù)處理部分（網(wǎng)絡(luò)層）。數(shù)據(jù)處理部分應(yīng)當(dāng)由云計(jì)算服務(wù)器來擔(dān)任，可采用大數(shù)據(jù)技術(shù)對來自不同區(qū)域的居住環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分類與處理，分析各項(xiàng)指標(biāo)是否都能夠處于正常范圍內(nèi)，并根據(jù)實(shí)際情況作出判斷和反饋。其中，可使用WIFI 無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，它具有許多優(yōu)點(diǎn)：首先，它無需布線，沒有復(fù)雜的鋪設(shè)線路步驟，能夠省去繁瑣的施工步驟，并且減少明線的數(shù)量，提高環(huán)境的整潔度與美觀度，其次，它具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，能夠以較快速度將數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)器，再將反饋指令傳回，尤其是應(yīng)用5G 技術(shù)后，可大大提高數(shù)據(jù)傳輸速率；還有，使用WIFI 技術(shù)能夠更加方便地實(shí)現(xiàn)全范圍信號覆蓋，并且獲得穩(wěn)定性較高的信號；最后，無線技術(shù)相關(guān)設(shè)備的功率較小，輻射也很低，綠色環(huán)保、健康安全，能夠避免有線設(shè)備帶來的一系列問題，避免監(jiān)測設(shè)備反而危害居民身體健康。

3.3 數(shù)據(jù)分析與指令執(zhí)行（應(yīng)用層）。使用云服務(wù)器，能夠?qū)⑸蟼鞯臄?shù)據(jù)與預(yù)先制定好的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對，判斷實(shí)際數(shù)據(jù)的高低，并作出相應(yīng)的指令，反饋給環(huán)境中的各種設(shè)備。例如當(dāng)環(huán)境光照過強(qiáng)時(shí)，可調(diào)低燈的亮度，并將溫度和濕度等都能夠調(diào)整到最符合人類居住的指標(biāo)?？蛻暨€可以對云服務(wù)器提出要求，對指標(biāo)進(jìn)行微調(diào)，使之更能符合自己家中的情況，例如某些患有氣管疾病的人，環(huán)境濕度應(yīng)當(dāng)調(diào)整到較高的狀態(tài)，防止空氣干燥引起的咳嗽等癥狀。

3.4 數(shù)據(jù)反饋與顯示、預(yù)警（客戶端）。該系統(tǒng)還能夠通過終端與居民的手機(jī)或者電腦相連，是他們可以在APP 或者專用網(wǎng)站上接收到來自云服務(wù)器的數(shù)據(jù)信息反饋，能夠即時(shí)了解家中的動態(tài)，從而做出更好的調(diào)整和應(yīng)對。另外，還可通過APP 來實(shí)現(xiàn)對家中環(huán)境的手動控制，根據(jù)自己的個(gè)人偏好來操控和調(diào)整家中設(shè)備，或者針對某個(gè)方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行更加詳細(xì)的監(jiān)測。通過對APP 的優(yōu)化與建設(shè)，就能夠滿足不同用戶的個(gè)性化需求，使之能夠按照自己的心意來改變居住環(huán)境，獲得最滿意的結(jié)果。

3.5 居住環(huán)境舒適度測評。該系統(tǒng)還應(yīng)綜合各種指標(biāo)，提出居住環(huán)境舒適度的測評，例如將其分為“非常舒適”“比較舒適”“一般”“不舒適”“非常不舒適”等幾個(gè)檔次，并根據(jù)居住人員的反饋和主觀評價(jià)，對測評指標(biāo)進(jìn)行微調(diào)，滿足不同用戶的需求，幫助他們改善居住環(huán)境，獲得更好的居住體驗(yàn)。

4 結(jié)論

在如今的經(jīng)濟(jì)條件下，我國居民開始追求更加美好的居住環(huán)境，希望能夠獲得更加愉悅的居住體驗(yàn)，為此，我國應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展基于云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)的居住環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)環(huán)境的自動化、智能化監(jiān)測和調(diào)整，并不斷優(yōu)化和升級系統(tǒng)，提高我國居民的生活質(zhì)量。